[發明專利]一種用于制造物聯網的切削刀具磨損在位測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202011103335.8
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112264839A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 楊文安;劉偉超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明提出了一種用于制造物聯網的切削刀具磨損在位測量裝置及方法，實現了對制造物聯網中切削刀具磨損的在位測量，從而提高刀具磨損測量的效率和準確率。該測量裝置包括數控機床主軸；刀具，其為待檢測對象并安裝于數控機床主軸上，刀具具有側刃和底刃，數控機床主軸驅動刀具旋轉或在Z軸方向上往復直線運動；遠心鏡頭和CCD工業相機，其個數為兩組并分別朝向刀具的側刃和底刃，用于對刀具進行拍照，遠心鏡頭和CCD工業相機還能夠在X軸方向和Z軸方向上往復直線運動；工控機，其包含相機通訊模塊、機床通訊模塊、圖像處理與磨損量計算模塊，工控機用于控制CCD工業相機、數控機床主軸的動作，并能夠對CCD工業相機拍攝的照片進行處理。

技術領域

本發明涉及數控機床刀具磨損測量技術領域，主要是刀具磨損量測量方法、系統及裝置，尤其涉及一種用于制造物聯網的切削刀具磨損在位測量裝置及方法。

背景技術

在金屬切削過程中，作為與工件直接接觸的部分，切削刀具磨損是一種普遍存在不可避免的現象，且隨著加工時長的增加而不斷增加。隨著航空航天技術的快速發展，對零件的材料、結構、加工精度等提出了更高的要求，航空航天難加工材料具有結構復雜、去除量大等特點，因此對切削刀具磨損測量提出了更高的要求。據工業統計數據表明，由于切削刀具過度磨損且未被及時發現而造成零件報廢、機床故障停機的比例達到1/3。此外，切削刀具的磨損對于機床壽命甚至操作人員的人身安全都有重要的影響。因此，準確高效地測量切削刀具磨損對于降低成本、提高生產效率和生產質量具有重要意義。

切削刀具磨損監測方法分為間接檢測法和直接檢測法，間接檢測方法一般是通過監測與切削刀具磨損量直接相關的切削力、振動、聲發射等傳感信號，以此來判斷切削刀具當前的磨損狀態，該方法存在很大的隨機性，且只能定性的檢測切削刀具所處磨損狀態；直接檢測法通常是指基于機器視覺的檢測方法，直接檢測法按照原理可分為基于結構光技術的三維檢測方法和基于普通二維相機的視覺方法；按照檢測方式分為離線檢測和在位檢測，離線檢測需要機床停機且將切削刀具取下送入專門的檢測車間進行檢測，雖然檢測精度較高，但是檢測效率低下，且拆裝切削刀具過程中容易造成定位誤差。在位檢測無需機床停機且無需取下切削刀具，既可以實現不拆裝切削刀具在位檢測，又實現了刀具磨損量高精度定量測量。

隨著制造技術、物聯網技術等的快速發展，全球制造環境呈現協同化、信息化和智能化的特點，對提高生產制造過程中的效率和質量、降低生產成本和資源消耗等提出了更高的要求。數控加工作為制造物聯網中的重要一環，其切削刀具的磨損測量技術迫切需要升級，向智能制造變革發展。

發明內容

本發明提出一種用于制造物聯網的切削刀具磨損在位測量裝置及方法，實現了對制造物聯網中切削刀具磨損的在位測量，從而提高刀具磨損測量的效率和準確率，有效的降低了生產成本、提高了生產效率和生產質量。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種用于制造物聯網的切削刀具磨損在位測量裝置，包括：

數控機床主軸；

刀具，其為待檢測對象并安裝于所述數控機床主軸上，所述刀具具有側刃和底刃，所述數控機床主軸驅動所述刀具旋轉或在Z軸方向上往復直線運動；

遠心鏡頭和CCD工業相機，其個數為兩組并分別朝向所述刀具的側刃和底刃，用于對所述刀具進行拍照，所述遠心鏡頭和CCD工業相機還能夠在X軸方向和Z軸方向上往復直線運動；

工控機，其包含相機通訊模塊、機床通訊模塊、圖像處理與磨損量計算模塊，所述工控機用于控制CCD工業相機、數控機床主軸的動作，并能夠對CCD工業相機拍攝的照片進行處理。

作為一種優選的實施方式，兩組所述的CCD工業相機分別通過多自由度位置調整平臺和姿態調整云臺安裝于支架上；

所述多自由度位置調整平臺包括多個伺服電機，用于調整CCD工業相機在X軸方向和Z軸方向上的位置；